原子物理學
(英語:
atomic physics
)是?究
原子
的結構和性質及原子與
電磁輻射
和其?原子相互作用的科學。
背景
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道爾頓《化學哲學新體系》一書中描述的各種原子和分子。1808年
原子的起源
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對原子?念的記述可以上溯到
古印度
和
古希臘
。有人將
印度
的
耆那?
[1]
[2]
的原子論認定?開創者
大雄
在公元前6世紀提出,?將與其同時代的
彼浮陀伽?延
和
順世派
先驅
阿夷陀翅舍欽婆羅
的
元素
思想也稱?原子論
[3]
。
正理派
和
勝論派
後來發展出了
原子
如何組合成更複雜物體的理論
[4]
。在西方,對原子的記述出現在公元前5世紀
留基伯
和
德謨克利特
的著作中
[5]
。對於印度文化影響希臘還是反之,亦或二者獨立演化是存在爭議的。
[6]
對於光譜的?究
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光譜是?究原子物理學的重要途徑之一。不同元素原子光譜中
譜線
的發現和深入?究標誌着原子物理學的開端。譜線是指光譜中細銳的峰,出現於受激發的原子(輻射或熱激發的離子(參見
火焰
))或發光自由原子(自由原子是指
氣體
或
蒸汽
狀態下存在的原子,與其他原子距離足?遠,相互作用可以忽略)。
在對於譜線的?究基礎上,?生了
波耳模型
,直至現今描述原子中電子殼層結構的
原子軌道
模型,該模型是今天我們對於
化學
的所有認識的基礎。這些結論?不是顯而易見的,而是人們經過了一個世紀的探索,最終成功地?化學建立起堅實的基礎,同時,原子物理學也在其他許多方面有着廣泛的應用。
近代物理中的原子
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1911年物理學家
歐尼斯特·拉塞福
實驗用
α粒子
穿過金箔?生的
散射現象
,證明原子含有直徑約10
費米
質量與電荷中心,完整的原子尺寸約0.1
奈米
。他設想原子中心?帶正電的核,核周圍有帶負電的電子做軌道運動。但根據古典力學原理,這樣的原子會因?電子發射電磁波而不穩定。而且,所發射出來的電磁波波譜不符合所觀測到的原子光譜。
這些問題在1913年被
丹麥
物理學家
波耳
改進的原子模型所解決,在
波耳模型
中位於特殊軌道的電子具有取決於軌道半徑才擁有特定的能量(這個能量?後來被稱作
能級
)。因?僅允許有特定軌道,所以電子只具有特定能量,?生特定允許能階圖。電子在允許軌道上部發射電磁能,但電子從一個軌道躍遷到?一個軌道上時,發射或吸收的能量?兩軌道允許能量的差?,而這正與所觀察到的原子光譜一致。
雖然
波耳模型
提供了一種有用的形象化模型,但近代原子理論還是採用量子力學而向前發展。電子具有波動性,因此波耳軌道模型可以解釋?一種要求,以適合繞核電子波的總波數。原子中的電子較好地被表示?標以特定量子數組合的電荷分布,而不是在圓軌道上的點狀粒子。量子數的每種可能的組合對應到一個階級,雖然不完全能被立??據 。波耳的理論能部?地解釋原子光譜,而現代量子理論則能明確地詳細計算光譜。
基態原子的電子的量子數,嚴格地確定了原子在週期表上的位置;而電子結構則確定與其?原子形成化學鍵的類型。?原子的特性可以非常精確的計算,但對於較複雜的原子,預期特性的問題就變的非常困難。光譜學與原子間的?撞被用於檢測對能階何其他特性所做的預測。原子物理的直接技術應用包括雷射和原子鐘。
與核物理學的區別和聯繫
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由於「原子」(
atomic
)和「核」(
nuclear
)在
英語
中常常作?
同義詞
使用,?多人把「原子物理學」這一?念和
核能
或者
核武器
聯繫在一起。然而,物理學家將原子物理學同?究
原子核
內的
核子
相互作用,以及?究改變、融合、分?核子的核反應的
核物理學
區別開來:原子物理學主要?究原子中
電子
雲的行?,以及其在核子的總
自旋
,
電荷
作用下?生的效應。
?究論題
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一些前沿的?究論題?:
[7]
:vii
- 使用
激光光譜學
的技術來測量
μ-?原子
的
蘭姆位移
,物理學者發現,質子的尺寸小於先前測量結果,這個
質子半徑之謎
意味著,超精準的
量子電動力學
是否可能有瑕疵。
- 在未來對於
反?原子
進行精密光譜學測量時,是否能?探測到物質與
反物質
的微小差別?
- 應用原子鐘的精準計時能力,物理學者正在做實驗測量基礎常數是否會緩慢地改變。
參考文獻
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- ^
Gangopadhyaya, Mrinalkanti. Indian Atomism: History and Sources. Atlantic Highlands, New Jersey: Humanities Press. 1981.
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. (原始內容
存?
於2020-07-26).
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ISBN
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外部連結
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參見
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